스크랩 보온병 속에 깨지기 쉬운 `유리`가 있다고?

[아름다운 그녀(서울)]

어린 시절 책가방과 한 세트를 이루었던 보온도시락을 기억하시나요? 어머니는 추운 데서 찬밥을 먹어야 하는 자식이 걱정돼 보온도시락을 사서 밥과 반찬을 꼭꼭 눌러 담고, 보온병에는 뜨거운 국물이나 마실 물을 담아주셨습니다. 점심시간, 보온도시락과 보온병 뚜껑을 열면 밥과 국에서 뜨거운 김이 모락모락 피어올라 어머니의 사랑을 새삼 느끼곤 했습니다. 요즘은 학교에서 대부분 급식이 이뤄지고 있어 이제 보온도시락은 추억 속 물건이 되었지만, 요즘처럼 추운 계절이 다가올 때면 어머니의 따뜻했던 사랑이 가득 담겼던 보온도시락이 생각납니다. 그러면 이처럼 ‘어머니의 사랑’을 오랫동안 따뜻하게 유지해주던 보온병은 어떤 원리로 만들어지는지 한 번 알아볼까요?

제임스 듀어

우수한 단열을 목적으로 하는 보온병은 이를 처음 개발한 사람의 이름을 따서 듀어 병이라고도 합니다. 듀어 병은 1881년 독일의 과학자 A. F. 바인홀트가 고안한 개념을 1892년 영국의 과학자 제임스 듀어가 액체 산소를 담을 목적으로 처음 개발했다고 합니다. 듀어 병은 이중벽으로 되어 있는 경질 유리의 내부를 은도금 한 뒤 이중벽의 사이를 진공상태로 만든 것입니다. 이렇게 만들어진 듀어 병은 열 차단 효과가 뛰어나 액체공기 등 초저온 물체를 저장할 수 있었습니다. 이것이 오늘날 보온병의 시초가 된 것입니다.

여러분, 열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다는 사실, 알고 계시죠? 보온병의 원리 설명에 앞서 열이 이동하는 세 가지 방식부터 이야기하겠습니다. 열의 이동은 크게 전도, 대류, 복사의 방법으로 이뤄집니다. 전도는 물체를 통해 열이 전달되는 것이고, 대류는 유체의 입자 이동에 의한 열전달 방식을 말합니다. 복사는 온도를 지닌 모든 물체에는 빛 에너지가 방출되는 파형이 있는데, 그 빛 에너지가 어떤 물체에 부딪쳐 반사되는 것을 말합니다. 복사의 경우에는 열 손실을 차단하기 위해 안쪽에 흔히 반사율이 높은 거울을 설치하곤 하는데요, 이런 방식을 통해 열의 이동을 차단해야만 보온병 내부 온도를 최대한 원 상태와 가깝게 유지할 수 있습니다. 보온병 안에 담긴 물체가 뜨겁게 혹은 차갑게 오랫동안 유지될 수 있는 이유는 보온병의 내부가 모든 열의 이동을 차단할 수 있는 구조로 되어 있기 때문입니다.

이를 조금 더 구체적으로 설명드리겠습니다. 

보온병의 외부는 플라스틱으로 이뤄져 있습니다. 그리고 그 안쪽에는 두 개의 유리병이 있습니다. 보온병에 굳이 유리를 사용하는 이유는 다른 물질에 비해 유리의 열전도율이 낮기 때문입니다. 보온병의 마개도 유리처럼 열전도율이 낮은 고무를 사용해 만들었습니다. 그리고 보온병 사이에는 진공 상태의 벽이 있습니다. 이는 복사에 의한 열 손실을 최대한 방지하기 위해서입니다. 또, 보온병 안쪽과 바깥쪽에는 은으로 도금 처리를 하는데, 그 이유는 뜨거운 커피나 물에서 방출되는 열을 거울처럼 반사시켜 복사 에너지 즉, 열이 바깥으로 새어 나가는 것을 막기 위해서입니다. 결국 보온병의 원리를 요약하면 진공과 반사에 의해 열 손실을 최대한 억제하는 것입니다. 

 

그렇다면, 보온병에는 뜨거운 물체만 담을 수 있느냐? 그렇지 않습니다. 차가운 물질을 담아도 계속해서 차가운 성질을 유지할 수 있습니다. 이런 성질을 가진 용기를 보온병과 구분해 보냉병이라고 부르는데, 보온병이 진공 상태와 은도금의 반사를 이용해 뜨거운 물체의 열 발산을 막아준다면, 보냉병은 반대로 밖에서 안으로 열이 전달되는 것을 막아주는 원리입니다.  

1970년대 이전만 해도 보온병은 외부에서 강한 충격을 받으면 안에 있는 진공 유리가 쉽게 깨졌습니다. 바깥쪽 재질이 플라스틱으로 되어 있었기 때문이었습니다. 이를 보완하기 위해 수많은 연구와 시도가 있었지만, 큰 효과를 보지 못했습니다. 그러다가 1978년 외부 용기를 스테인리스로 만든 보온병이 개발되어 획기적인 발전을 이루게 되었습니다. 1988년에는 티타늄 소재의 보온병이 출시되었습니다. 이 티타늄 병은 가볍고 휴대하기 쉬워 아웃도어용으로 큰 사랑을 받았습니다.  

보온병은 여름보다 겨울철에 더 많이 쓰는 제품입니다. 때문에 보온병은 겨울 한 철에 쓰고 나면 나머지 계절에는 외면 받는 천덕꾸러기가 되기 십상입니다. 하지만 요즘에는 보온병의 기능과 디자인을 동시에 만족시켜주는 제품이 시중에 많이 나와 있습니다. 죽이나 건더기가 많은 국물 음식을 편리하게 넣고 꺼낼 수 있도록 입구가 넓고 용량이 큰 제품이 있는가 하면, 이중 진공 기술을 적용해 보온력이 한층 강화된 제품들도 있습니다. 또, 겉 뚜껑과 속 마개를 이중 잠금 처리해 내용물의 역류를 방지하는 한편 독특한 디자인과 기능에 톡톡 튀는 컬러를 입힌 제품들도 많이 판매되고 있습니다.

곧 다가올 추운 겨울날, 그립머그, 파스텔머그, 미니머그, 이중텀블러, 스포츠 물병, 진공 보온 조리기, 진공 보온 커피메이커 등 수많은 종류의 다양한 보온병을 취향과 기능별로 선택해 이용하며 추운 계절을 따뜻하게 보내셨으면 합니다.